具有用于由THz輻射表征涂覆的傳感器系統的涂覆機構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明的方面涉及一種涂覆機構，其具有涂覆單元以及用于表征被涂覆主體的涂 覆、特別是機動車等的新施加涂料膜的傳感器系統。傳感器系統具有活動單元所攜帶的THz 發射器。
【背景技術】
[0002] 機動車主體由統稱為涂料膜的多層涂料來覆蓋，以防止環境中的氧和其他有害物 質以及用于美學。在機動車制造商的上涂料過程主要在涂料流水線進行，其中為普通金屬 框架上涂料由機器人執行。流水線具有許多對齊隔間和中央輸送系統，用以將機動車主體 線內地從一段移動到下一段。在完成特定層的上涂料過程之后，框架進入閃蒸（flash-off) 區，其中溶液有時間在室溫下蒸發，之后接著在熔爐內部的升高溫度下的固化階段。質量控 制當前在各熔爐之后或者在流水線中的最終熔爐之后執行。
[0003] 為此，研制了現有技術、例如超聲和磁感測以用于確定涂料層的厚度。但是，這些 技術僅在接觸模式進行工作，這一般是不期望的。例如，專利US 6484121 Bl公開一種用于 基于聲感測來檢驗被上涂料機動車主體的質量控制系統。
[0004] 另外，近來提出了基于THz輻射的方法。例如，JP 2004028618 A和EP 2213977 Al描述用于使用THz輻射來確定涂料膜的厚度的相應方法。
[0005] 平均28%的機動車主體沒有通過質量控制，并且必須通過涂料機器人或者手動地 重新加工。這個步驟是流水線的主要復雜化。機動車框架在涂料線花費總生產時間的三分 之一，這說明為機動車主體上涂料處于機動車制造過程的最昂貴步驟之中。具體來說，重新 加工的成本和復雜度因而明顯增加總制造成本。因此，長期存在期望是使重新加工速率保 持較低，并且降低這個步驟的流水線復雜度。
【發明內容】
[0006] 鑒于以上所述，提供如權利要求1所述的涂覆機構以及如權利要求15所述的傳感 器系統的使用。
[0007] 按照第一方面，涂覆機構包括：涂覆單元，用于將涂覆層施加到主體；以及傳感器 系統，用于通過使用THz輻射、按照非接觸方式來表征主體的涂覆，該涂覆包括所施加涂覆 層。傳感器系統包括THz系統、處理單元和定位系統。THz系統包括：光源（例如激光源）， 用于生成源光輻射（例如源激光輻射）；柔性第一輻射引導線纜，用于傳送源激光輻射；THz 發射器，包括經由柔性第一輻射引導線纜耦合到激光源、用于接收來自激光源的源激光輻 射并且適合于從源激光輻射來生成出射THz輻射的THz輻射生成器和用于將出射THz輻射 定向到被涂覆主體的THz光學系統；以及THz檢測器，用于檢測與涂覆相互作用的入射THz 輻射。定位系統包括攜帶THz發射器的活動單元，使得通過移動活動單元，THz發射器相對 于被涂覆主體來定位。激光源設置在活動單元外部，使得當移動活動單元時，THz發射器相 對于激光源來移動，同時THz發射器經由柔性第一輻射引導線纜保持為耦合到激光源。處 理單元在操作上耦合到THz檢測器，以用于接收和處理表示所檢測THz輻射的所檢測響應 信號。
[0008] 按照第二方面，提供涂覆機構中的傳感器系統的使用。
[0009] 按照本發明的實施例的涂覆機構的傳感器組合件允許得到（一個或多個）涂料參 數的準確和有意義集合，特別是涂料層的可靠厚度。這通過利用來自被上涂料主體的所檢 測THz輻射響應的大量信息、通過使物理模型的預測響應與所檢測THz響應信號擬合來實 現。
[0010] 由此，本發明的實施例開啟在短時間量以及潛在地甚至在已經干燥涂料之前執行 涂覆、例如涂料膜的工業質量控制的方式。這通過允許非接觸測量的THz光學系統以及通 過設置在活動單元外部并且由此潛在地遠離干燥過程期間從涂料蒸發的任何易燃或爆炸 性溶劑的激光源來實現。
[0011] 快速質量控制又允許從流水線移開未通過質量控制的產品并且將它們重定向到 其中校正了故障的過程路線，由此優化過程路線。另外，潛在地實現涂料的干燥之前的校正 以及一般的過程時間的縮短和產品產率的增加。
[0012] 通過在具有涂覆單元的涂覆機構中集成傳感器系統，更進一步促進快速質量控 制。由此，涂覆單元和傳感器系統能夠設置在公共參考框架中（例如使用相同定位系統，和 /或其中其位置和/或參考系統在機械或電學上相互耦合）。可能地，涂覆單元和傳感器系 統甚至可設置在公共底座上或者公共致動系統、例如工業機器人中。由此，確保涂覆單元與 傳感器系統之間的對齊以及質量控制的快速反應時間。
[0013] 通過從屬權利要求、描述和附圖，能夠與本文所述實施例相結合的其它優點、特 征、方面和細節是顯而易見的。
【附圖說明】
[0014] 下面將參照附圖來描述細節，附圖包括 圖1是示出按照本發明的一實施例的傳感器系統的操作的示意圖； 圖2是按照本發明的一實施例的傳感器系統的示意側視圖； 圖3是示出按照本發明的一實施例的傳感器系統的THz系統和相關組件的示意圖； 圖4是示出按照本發明的一實施例的傳感器系統的定位系統和相關組件的示意圖； 圖5是示出圖1的傳感器系統的可能其他細節和變體的示意圖； 圖6是示出具有被涂覆主體、按照本發明的一實施例、由傳感器系統所發射的THz輻射 的相互作用的示意圖； 圖7是示出本發明的一實施例中使用的表征被上涂料主體的方法的框圖；以及 圖8是按照本發明的一實施例的系統的上涂料機構的示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面描述本發明的一些更多方面。除非另加明確說明，否則這些方面相互無關并 且能夠按照任何方式相結合。例如，本文檔所述的任何方面或實施例能夠與任何其他方面 或實施例相結合。
[0016] 首先描述傳感器系統的一些一般方面。按照一個方面，傳感器系統適合于非接觸 測量，即，無需要求與被涂覆主體的直接物理接觸的任何傳感器組件。這并不排除保持被涂 覆主體的支架或者除了與被涂覆主體、特別是與被涂覆主體的未涂覆部分或者以不同于所 感測涂覆的方式所涂覆的部分相接觸的THz發射器和接收器之外的任何其他傳感器組件。
[0017] 接下來更詳細描述與被涂覆主體相關的一些方面。本文中，術語"被涂覆主體"表 示在涂覆層施加到主體之前和之后的主體。具體來說，術語"被涂覆主體"又表示尚未涂覆 的主體。按照一個方面，涂覆是至少具有第一和第二涂覆層的多層。層沿被涂覆主體的厚 度方向相互重疊設置。按照一個方面，層的總數為八或以下。按照一個方面，涂覆小于200 μ m厚。
[0018] 按照另一方面，涂覆機構是上涂料機構，以及涂覆單元是用于將涂料層施加到主 體的上涂料單元。按照另一方面，涂覆是涂料膜。涂料膜可包括下列層（a)-(d)的至少一 個：(a)電泳涂層（e-coat) ;(b)底漆層（primer); (c)底涂層（base coat);以及（d)透 明涂層（clear coat)。這些層的每個以及涂料膜的任何其他層稱作涂料層。因此，甚至在 沒有其他層的情況下，層（a)至（d)的任一個或者任何類似層被認為是涂料層。
[0019] 被涂覆主體可以是允許涂覆的任何物體。按照另一方面，被涂覆主體是機動車主 體或其他機動車組件、列車主體或其他列車組件、飛行器主體或其他飛行器組件和風力渦 輪機組件其中之一。按照另一方面，被涂覆主體包括作為其上（可選地隔著其他涂覆層） 施加涂覆層的基底的黑色金屬、有色金屬和纖維合成材料中的至少一個。
[0020] 接下來更詳細描述與定位系統和活動單元相關的一些方面。按照一個方面，活動 單元以至少一個（橫向）自由度是活動的。按照一個方面，THz發射器和THz檢測器配置 用于沿被涂覆主體表面、在至少兩維（兩個橫向自由度）移動，由此生成涂覆的位置相關厚 度圖。例如，這個方面對于映射被涂覆主體的表面積可以是有用的。按照一個方面，定位系 統適合于以至少2個自由度、優選地以至少3個自由度（例如2或3個橫向自由度）以及 最優選地以6個自由度、即三個橫向和三個旋轉自由度來移動活動單元。
[0021] 按照一個方面，活動單元不僅攜帶THz發射器而且還攜帶THz檢測器，使得通過移 動活動單元，THz發射器和THz檢測器相對于被涂覆主體來定位。這并不排除THz檢測器 和/或發射器本身相對活動單元42是活動的。例如，THz檢測器和/或發射器可經由實現 THz檢測器和/或發射器的相對移動的致動器系統單獨或共同攜帶。
[0022] 按照一個方面，定位系統還具有表面取向/曲率確定模塊，以用于確定面向THz發 射器和/或THz檢測器的部分的表面取向和/或表面曲率。表面取向/曲率確定模塊例如 可包括表面檢測單元（例如活動光學或聲學距離傳感器），其配置用于檢測面向THz發射器 和/或THz檢測器的被涂覆主體的部分的表面取向和/或表面曲率。備選地，表面取向/ 曲率確定模塊可具有：存儲器，其中至少部分存儲被涂覆主體表面的表示；以及確定功能， 操作上耦合到例如定位系統，用于接收THz發射器和/或THz檢測器的當前位置，并且用于 從THz發射器和/或THz檢測器的所接收位置和從被涂覆主體表面的所存儲表示來得到面 向THz發射器和/或THz檢測器的被涂覆主體的部分的表面取向和/或表面曲率。
[0023] 在這個方面，在操作上耦合到致動器系統（46)和表面檢測單元的致動控制器可 配置用于控制致動器系統，響應所確定表面取向和/或表面曲率而使THz發射器相對于THz 檢測器移動。具體來說，控制可以是使得THz檢測器放置和定向成用于接收由表面鏡面反 射的THz發射器的輻射。具體來說，控制因而可以是使得THz檢測器和THz發射器放置和 定向成使得它們面向表面的部分，由此限定THz發射器與表面部分之間的入射角以及表面 部分與THz反射器之間的反射角，入射角和反射角彼此相等。
[0024] 接下來更詳細描述與THz系統相關的一些方面。按照一個方面，輻射引導線纜是 柔性光纖線纜。輻射引導線纜可以是至少3 m、優選地至少5 m長。這允許活動單元具有充 分移動空間。另外，然后允許光源充分遠離被涂覆主體并且還充分地屏蔽，使得降低因高能 脈沖對包含溶劑的環境的點燃引起的火災或爆炸的危險。
[0025] 按照一個方面，THz檢測器包括THz輻射接收器以及用于將與被涂覆主體相互作 用的THz輻射定向到THz輻射接收器的THz光學系統（例如一個或多個透鏡）。THz檢測 器還包括柔性第二輻射引導線纜，其將THz輻射接收器耦合到激光源，使得THz輻射接收器 能夠接收來自激光源的源激光輻射。由此，由THz發射器所接收的相同激光源輻射也能夠 由THz檢測器來接收。這允許以高時間分辨率對THz脈沖的有效檢測。
[0026] THz檢測器可選地還包括適合使激光源輻射延遲可變延遲時間的光延遲單元，以 及THz輻射接收器按